專利名稱：線性極化光轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線性極化光轉(zhuǎn)換器(linearly polarized lightconverter)，特別是涉及一種應(yīng)用于微晶投影機(jī)(micro-liquid-crystalprojector)的線性極化光轉(zhuǎn)換
ο
背景技術(shù)：
因應(yīng)科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，光電技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)業(yè)需借由提升背光模組(kicklight module)中的極化效率(polarization efficiency)來(lái)滿足微晶投影技術(shù)[即，硅基液晶 (liquid crystal on silicon，簡(jiǎn)稱 LC0S)]所應(yīng)具備的高顯示對(duì)比(contrast ratio)的需求。參閱圖1，US 2009/0040608A1揭露一種極化轉(zhuǎn)換器1，包含一個(gè)周期性 (periodic)排列的凸條與溝渠的金屬繞射光柵(diffractiongratingUl，及一個(gè)與該金屬繞射光柵11間隔設(shè)置的極化分光器(polarization beam splitter，簡(jiǎn)稱PBS) 12。在微晶投影技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域中，微晶投影技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域者可利用該極化轉(zhuǎn)換器1來(lái)增加線性極化光的輸出量，并借此提升微晶投影機(jī)的能源效率。一般而言，自一臺(tái)微晶投影機(jī)的一個(gè)背光模組(圖未示)所產(chǎn)生的非極化的光波(impolarized waves)主要是由隨機(jī)偏振的光波所構(gòu)成。而前述的線性極化光所指的即是光的偏振方向固定在一直線上的光波，例如，橫磁波(transverse magnetic waves,簡(jiǎn)稱TM波)或橫電波(transverse electricwaves,簡(jiǎn)稱 TE 波)。再參閱圖1，此處值得說(shuō)明的是，當(dāng)一非極化的光波10在接觸到該極化分光器12 后，會(huì)使得TM波及TE波其中一者通過(guò)并反射其中另一者。經(jīng)前述說(shuō)明可知，以背光模組所產(chǎn)生的光源總量為100%來(lái)計(jì)算，將有50%的光源在極化轉(zhuǎn)換的過(guò)程中被犧牲掉。因此，該金屬繞射光柵11于該極化轉(zhuǎn)換器1的主要作用是在于，將被反射回該金屬繞射光柵11的線性極化光(如TE波)101轉(zhuǎn)變成橢圓極化的光波10’ [也就是說(shuō)，極化可分解成含有線性極化光(TE波)101與線性極化光(TM波)102的組合]，并將此被轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓極化的光波 10’再度地反射回該極化分光器12，供該極化分光器12將線性極化光(如TM波)102傳遞出該極化分光器12，經(jīng)由如此的極化回收循環(huán)(polarization recycling)進(jìn)而提升該極化轉(zhuǎn)換器1的極化轉(zhuǎn)換效率，并滿足微晶投影技術(shù)對(duì)于節(jié)能的需求。又，此處也需說(shuō)明的是，由于金屬繞射光柵主要是由多數(shù)的凸條與溝渠以周期性排列的方式所構(gòu)成的陣列；因此，對(duì)于冷陰極螢光燈管(cold-cathode fluores cent lamp，簡(jiǎn)稱CCFL)所產(chǎn)生的圓柱電磁波(cylindrical wave)而言，直線偏極光的極化轉(zhuǎn)換 (polarizationconversion)效率將受金屬繞射光柵所擺的方位角所影響。換句話說(shuō)，金屬繞射光柵的光柵向量(grating vector)需與圓柱電磁波的入射平面(incident plane)約成45度夾角，才會(huì)有較高的極化轉(zhuǎn)換效率。在此，圓柱電磁波有唯一的入射平面。然而，對(duì)于其他非長(zhǎng)管狀光源所產(chǎn)生的電磁波而言，其入射平面并非唯一，所以無(wú)法調(diào)整光柵向量方位角以求得最佳極化轉(zhuǎn)換效率。因此，對(duì)于US 2009/0040608A1所揭露的極化轉(zhuǎn)換器1來(lái)說(shuō)，該極化轉(zhuǎn)換器1因使用該金屬繞射光柵11，所以比較適合搭配使用CCFL來(lái)做為背光源。為了提升極化效率，此技術(shù)領(lǐng)域需透過(guò)多道精準(zhǔn)且交替的微影 (photolithography)程序與蝕刻(etching)程序來(lái)制作金屬繞射光柵，不只需花費(fèi)大量的時(shí)間成本與設(shè)備成本，此外，礙于金屬繞射光柵本身的外觀結(jié)構(gòu)又只能局限于搭配使用以 CCFL做為光源的背光模組；因此，降低極化轉(zhuǎn)換器的生產(chǎn)成本并增加其可搭配使用的非管狀光源的選擇性，是此技術(shù)領(lǐng)域所需突破的主要課題。由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的極化光轉(zhuǎn)換器在結(jié)構(gòu)與使用上顯然仍存在有不便與缺陷， 而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決線性極化光轉(zhuǎn)換器存在的問(wèn)題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來(lái)謀求解決之道，但長(zhǎng)久以來(lái)一直未見(jiàn)適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒(méi)有適切的結(jié)構(gòu)能夠解決上述問(wèn)題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問(wèn)題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的線性極化光轉(zhuǎn)換器，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種線性極化光轉(zhuǎn)換器。該線性極化光轉(zhuǎn)換器可提供生產(chǎn)節(jié)能以及成本較低的線性極化光，并增加其可搭配使用的光源的選擇性。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種線性極化光轉(zhuǎn)換器，是自一個(gè)光源所產(chǎn)生的含有互相正交的第一線性極化波與第二線性極化波的非極化波中，利用一極化回收循環(huán)的機(jī)制分出該第一線性極化波，該線性極化光轉(zhuǎn)換器包含一個(gè)極化分光單元；及一個(gè)金屬反射鏡；其中該極化分光單元是設(shè)置于該光源的一第一側(cè)用以接受該非極化波，該極化分光單元使該非極化波的第一線性極化波通過(guò)，并反射該非極化波的第二線性極化波，而該金屬反射鏡是設(shè)置于相反于該光源的第一側(cè)的一第二側(cè)；其中該金屬反射鏡具有一層金屬層及多數(shù)個(gè)散布于該金屬層上的金屬粒子，所述金屬粒子定義出一個(gè)粗化表面，借該粗化表面以將該第二線性極化波轉(zhuǎn)換成橢圓偏振波并反射該橢圓偏振波。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其中所述的金屬粒子的形狀是球體、三角錐、正方錐、 橢球體、不規(guī)則多邊錐，或前述形狀的組合。前述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其中所述的金屬粒子是由金、銀、銅、鋁或前述金屬的合金所制成。前述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其中所述的定義該非極化波的波長(zhǎng)為λ ；所述金屬粒子的粒徑是介于0. λ ιοολ之間；所述金屬粒子的兩相鄰金屬粒子間的距離是介于 0. 1 λ 100 λ之間。前述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其中所述的該非極化波的波長(zhǎng)屬于可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍。前述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其中所述的該極化分光單元為一個(gè)寬頻帶廣角極化分光器。前述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其中所述的該極化分光單元是一個(gè)棱鏡、一個(gè)多層膜、 一個(gè)介電光柵、一個(gè)線柵結(jié)構(gòu)，或前述元件的組合。前述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其中所述的該極化分光單元具有一個(gè)面對(duì)該光源的表面，該極化分光單元的表面的一個(gè)截面為一個(gè)拋物面、一個(gè)球面、一個(gè)錐面、一個(gè)長(zhǎng)方體面、 一個(gè)正方體面、一個(gè)不規(guī)則多面體面，或前述表面的組合。前述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其中所述的該光源為一個(gè)燈泡或一個(gè)發(fā)光二極管。前述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其中所述的分別設(shè)置于該光源的第一、二側(cè)的極化分光單元與金屬反射鏡是包圍住該光源。前述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其中所述的該金屬反射鏡還包括一個(gè)具有一個(gè)表面的基材，該金屬層是形成在該基材上，該基材的表面具有至少一個(gè)光學(xué)焦點(diǎn)，該光源是選置在臨近于該焦點(diǎn)處。前述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其中所述的該基材的表面為一個(gè)拋物面、一個(gè)球面、一個(gè)長(zhǎng)方體面、一個(gè)正方體面、一個(gè)不規(guī)則多面體面，或前述表面的組合。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明線性極化光轉(zhuǎn)換器，是自一個(gè)光源所產(chǎn)生的含有互相正交的第一線性極化波與第二線性極化波的非極化波中，利用一極化回收循環(huán)的機(jī)制分出該第一線性極化波。該線性極化光轉(zhuǎn)換器，包含一極化分光單元及一金屬反射鏡。該極化分光單元是設(shè)置于該光源的一第一側(cè)用以接受該非極化波。該極化分光單元使該非極化波的第一線性極化波通過(guò)，并反射該非極化波的第二線性極化波。該金屬反射鏡是設(shè)置于相反于該光源的第一側(cè)的一第二側(cè)。 該金屬反射鏡包括一個(gè)金屬層及多數(shù)個(gè)散布于該金屬層上的金屬粒子，所述金屬粒子定義出一粗化表面。借該粗化表面以將該第二線性極化波轉(zhuǎn)換成橢圓偏振波并反射該橢圓偏振波。本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和有益效果提供生產(chǎn)成本較低以及適用于非管狀的光源， 比如以產(chǎn)生球形電磁波(spherical electromagnetic wave)的LED背光光源等的線性極化光轉(zhuǎn)換器。上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1是本發(fā)明US2009/0040608A1所揭露的一極化轉(zhuǎn)換器的主視示意圖；圖2是本發(fā)明的線性極化光轉(zhuǎn)換器的一較佳實(shí)施例主視示意圖；圖3是本發(fā)明該較佳實(shí)施例的一金屬反射鏡的一粗化表面圖2的局部放大示意圖；及圖4是本發(fā)明該較佳實(shí)施例的線性極化光轉(zhuǎn)換器在不同入射角(度)與不同波長(zhǎng) (λ)的極化轉(zhuǎn)換率的一示意圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的線性極化光轉(zhuǎn)換器其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。參閱圖2，本發(fā)明線性極化光轉(zhuǎn)換器的一個(gè)較佳實(shí)施例，是用以自一個(gè)光源2所產(chǎn)
5生的含有互相正交的第一線性極化波201與第二線性極化波202的非極化波20中，利用一極化回收循環(huán)的機(jī)制分出該第一線性極化波201。本發(fā)明該較佳實(shí)施例的線性極化光轉(zhuǎn)換器，包含一個(gè)間隔設(shè)置于該光源2的一第一側(cè)21的極化分光單元3，及一個(gè)間隔設(shè)置于相反于該光源2的第一側(cè)21的一第二側(cè)22的金屬反射鏡4此處值得說(shuō)明的是，當(dāng)本發(fā)明該第一線性極化波201是橫磁波(TM波)時(shí)，則該第二線性極化波202是橫電波(TE波)；相反地，當(dāng)本發(fā)明該第一線性極化波201是橫電波 (TE波)時(shí)，則該第二線性極化波202是橫磁波(TM波)。此因橫電波與橫磁波為互相正交的兩線性極化波，而任何光波均可分解成互相正交的兩線性極化波。在本發(fā)明該較佳實(shí)施例中，該第一線性極化波201是橫磁波(TM波)；該第二線性極化波202是橫電波(TE波)。 本發(fā)明適用的光源2可以是一單色(monochromatic)或彩色(chromatic)的燈泡、一冷陰極螢光燈管(CCFL)，或是一發(fā)光二極管(LED)。該極化分光單元3是用以傳輸該第一線性極化波201(即，TM波)并反射該第二線性極化波202(即，TE波)。適用于本發(fā)明的極化分光單元3可以是一個(gè)寬頻帶廣角極化分光器 (broadbandwide-angle polarization beam splitter)；也可以是一個(gè)棱鏡、一個(gè)多層膜、 一個(gè)介電光柵(dielectric grating)、一個(gè)線柵結(jié)構(gòu)，或前述元件的組合。較佳地，該極化分光單元3具有一個(gè)面對(duì)該光源2的表面31。該極化分光單元3的表面31的一個(gè)截面為一個(gè)拋物面、一個(gè)球面、一個(gè)錐面、一個(gè)長(zhǎng)方體面、一個(gè)正方體面、一個(gè)不規(guī)則多面體面，或前述表面的組合。較佳地，分別設(shè)置于該光源2的第一、二側(cè)21、22的極化分光單元3與金屬反射鏡 4是包圍住該光源2。更佳地，該金屬反射鏡4包括一個(gè)具有一個(gè)表面411的基材41、一層形成于該基材41的表面411上的金屬層42，及多數(shù)個(gè)散布于該金屬層42上且是由金(Au)、 銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)，或前述金屬的合金(alloy)所制成的金屬粒子43。該基材41的表面411具有至少一個(gè)光學(xué)焦點(diǎn)F。該基材41的表面411是一個(gè)拋物面、一個(gè)球面、一個(gè)長(zhǎng)方體面、一個(gè)正方體面、一個(gè)不規(guī)則多面體面，或前述表面的組合。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)本發(fā)明該金屬反射鏡4的基材41的表面411是由η個(gè)相連接的拋物面所構(gòu)成時(shí)，則該表面411具有η個(gè)光學(xué)焦點(diǎn)F，并可選擇性地在鄰近前述η個(gè)光學(xué)焦點(diǎn)F 處搭配使用η個(gè)光源2(圖未示)。在本發(fā)明該較佳實(shí)施例中，該光源2是一設(shè)置在該基材 41的表面411的焦點(diǎn)F處的發(fā)光二極管。適用于本發(fā)明所述金屬粒子43的形狀是球體、 三角錐、正方錐、橢球體、不規(guī)則多邊錐，或前述形狀的組合。在本發(fā)明該較佳實(shí)施例中，所述金屬粒子43是球體，且該非極化波20的波長(zhǎng)是屬于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的范圍(介于400nm 700nm之間)，定義該非極化波20的波長(zhǎng)為λ。參閱圖3，更佳地，所述金屬粒子43的粒徑d是介于0. 1 λ 100 λ之間；所述金屬粒子43的兩相鄰金屬粒子43間的距離D是介于0. 1 λ 100 λ之間。此處值得說(shuō)明的是，所述金屬粒子43是經(jīng)由噴涂(spraying)等方式形成于該金屬層42的一個(gè)表面421。 在本發(fā)明該較佳實(shí)施例中，該金屬反射鏡4的金屬粒子43定義出一粗化表面40。再參閱圖 2可知，借該粗化表面40來(lái)接受該第二線性極化波202以將其轉(zhuǎn)換成橢圓偏振波20’，并反射該橢圓偏振波20’。在本發(fā)明該較佳實(shí)施例中，以球型金屬粒子的粒徑d為0. 0022mm為例，
6取金屬粒子之間的距離D為0. 005mm，可計(jì)算出此一粗化表面40的平均極化轉(zhuǎn)換率(average polarization conversion efficiency)為 0. 65,如圖 4 所因此， 經(jīng)由一次的反射的總線性極化發(fā)射效率(power efficiency)可達(dá)82. 5 %，[艮口，
權(quán)利要求
1.一種線性極化光轉(zhuǎn)換器，是自一個(gè)光源所產(chǎn)生的含有互相正交的第一線性極化波與第二線性極化波的非極化波中，利用一極化回收循環(huán)的機(jī)制分出該第一線性極化波，該線性極化光轉(zhuǎn)換器包含一個(gè)極化分光單元；及一個(gè)金屬反射鏡；其中該極化分光單元是設(shè)置于該光源的一第一側(cè)用以接受該非極化波，該極化分光單元使該非極化波的第一線性極化波通過(guò)，并反射該非極化波的第二線性極化波，而該金屬反射鏡是設(shè)置于相反于該光源的第一側(cè)的一第二側(cè)；其特征在于該金屬反射鏡具有一層金屬層及多數(shù)個(gè)散布于該金屬層上的金屬粒子，所述金屬粒子定義出一個(gè)粗化表面，借該粗化表面以將該第二線性極化波轉(zhuǎn)換成橢圓偏振波并反射該橢圓偏振波。
2.如權(quán)利要求1所述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述金屬粒子的形狀是球體、 三角錐、正方錐、橢球體、不規(guī)則多邊錐，或前述形狀的組合。
3.如權(quán)利要求1所述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述金屬粒子是由金、銀、銅、 鋁，或前述金屬的合金所制成。
4.如權(quán)利要求1所述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其特征在于定義該非極化波的波長(zhǎng)為λ； 所述金屬粒子的粒徑是介于0. 1 λ 100 λ之間；所述金屬粒子的兩相鄰金屬粒子間的距離是介于0. 1λ 100 λ之間。
5.如權(quán)利要求4所述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其特征在于該非極化波的波長(zhǎng)屬于可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍。
6.如權(quán)利要求1所述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其特征在于該極化分光單元為一個(gè)寬頻帶廣角極化分光器。
7.如權(quán)利要求1所述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其特征在于該極化分光單元是一個(gè)棱鏡、 一個(gè)多層膜、一個(gè)介電光柵、一個(gè)線柵結(jié)構(gòu)，或前述元件的組合。
8.如權(quán)利要求1所述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其特征在于該極化分光單元具有一個(gè)面對(duì)該光源的表面，該極化分光單元的表面的一個(gè)截面為一個(gè)拋物面、一個(gè)球面、一個(gè)錐面、 一個(gè)長(zhǎng)方體面、一個(gè)正方體面、一個(gè)不規(guī)則多面體面，或前述表面的組合。
9.如權(quán)利要求1所述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其特征在于該光源為一個(gè)燈泡或一個(gè)發(fā)光二極管。
10.如權(quán)利要求1所述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其特征在于分別設(shè)置于該光源的第一、 二側(cè)的極化分光單元與金屬反射鏡是包圍住該光源。
11.如權(quán)利要求10所述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其特征在于該金屬反射鏡還包括一個(gè)具有一個(gè)表面的基材，該金屬層是形成在該基材上，該基材的表面具有至少一個(gè)光學(xué)焦點(diǎn)， 該光源是選置在臨近于該焦點(diǎn)處。
12.如權(quán)利要求11所述的線性極化光轉(zhuǎn)換器，其特征在于該基材的表面為一個(gè)拋物面、一個(gè)球面、一個(gè)長(zhǎng)方體面、一個(gè)正方體面、一個(gè)不規(guī)則多面體面，或前述表面的組合。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種線性極化光轉(zhuǎn)換器，是自一個(gè)光源所產(chǎn)生的含有互相正交的第一線性極化波與第二線性極化波的非極化波中，利用一極化回收循環(huán)的機(jī)制分出該第一線性極化波，其包含一個(gè)極化分光單元及一個(gè)金屬反射鏡。該極化分光單元是設(shè)置于該光源的一第一側(cè)用以接受該非極化波，使該第一線性極化波通過(guò)，并反射該第二線性極化波。該金屬反射鏡是設(shè)置于相反于該光源的第一側(cè)的一第二側(cè)，包括一層金屬層及多數(shù)個(gè)散布于該金屬層上的金屬粒子，該金屬粒子定義出一個(gè)粗化表面。借該粗化表面以將該第二線性極化波轉(zhuǎn)換成橢圓偏振波并反射該橢圓偏振波。
文檔編號(hào)G01D5/26GK102192762SQ20101016999
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月5日
發(fā)明者蔡長(zhǎng)青 申請(qǐng)人:光寶科技股份有限公司, 蔡長(zhǎng)青